(57)【要約】【課題】多チャネル音響方式の入力信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に、入力信号の各チャネルの特性に合わせたビット割当てを行う。【解決手段】本発明に係る多チャネル符号化装置１は、多チャネル音響方式の入力信号を行列変換により複数のチャネルの伝送信号に変換する行列変換部２０と、前記伝送信号のチャネル毎に、前記伝送信号に対するビット割当てを行う符号化部５０と、を備える多チャネル音響符号化装置１であって、前記多チャネル音響方式のチャネル毎に前記入力信号の聴覚モデルを計算する計算部３０と、前記各聴覚モデルから変換後聴覚モデルを生成する変換部４０と、を備え、前記符号化部５０は、前記変換後聴覚モデルに基づき、前記伝送信号に対するビット割当てを行う。【選択図】図１
2013050658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多チャネル音響方式の入力信号を行列変換により複数のチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、
前記伝送信号のチャネル毎に、前記伝送信号に対するビット割当てを行う符号化部と、を備える多チャネル音響符号化装置であって、
前記多チャネル音響方式のチャネル毎に前記入力信号の聴覚モデルを計算する計算部と、
前記各聴覚モデルから変換後聴覚モデルを生成する変換部と、を備え、
前記符号化部は、前記変換後聴覚モデルに基づき、前記伝送信号に対するビット割当てを行う、ことを特徴とする多チャネル音響符号化装置。
【請求項２】
前記変換部は、前記行列変換部が用いる変換行列の変換係数に応じて、前記各聴覚モデルから前記変換後聴覚モデルを生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の多チャネル音響符号化装置。
【請求項３】
前記符号化部は、ＡＡＣ符号化を行うものであって、前記変換後聴覚モデルに基づくスケールファクタにより、前記伝送信号に対するビット割当てを行う、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の多チャネル音響符号化装置。
【請求項４】
コンピュータに、
多チャネル音響方式の入力信号を行列変換により複数のチャネルの伝送信号に変換する手順と、
前記多チャネル音響方式のチャネル毎に前記入力信号の聴覚モデルを計算する手順と、
前記各聴覚モデルから変換後聴覚モデルを生成する手順と、
前記変換後聴覚モデルに基づき、前記伝送信号に対するビット割当てを行う手順と、を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多チャネル音響符号化装置およびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ）では、２２．２チャネル音響を伝送・符号化するために、既存のＡＡＣ（Advanced Audio Coding）符号化を用いる方式が標準化されている。ＡＡＣ方式は、ＣＤ（コンパクトディスク）の品質を保ったまま１／１０程度のビットレートで符号化可能な方式である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
２２．２チャネル音響の伝送・符号化を行う際に、伝送チャネル数を増やさずに従来の２チャネルステレオなどとの互換性を確保するためには、行列変換などの信号変換を行う必要がある。行列変換を用いた従来のＡＡＣ符号化について図２を用いて説明する。図２は、行列変換により２２.２チャネル音響信号である入力信号を２チャネルの伝送信号に変換してＡＡＣ伝送する処理の概要を示す図である。まず、送信ブロックでは、２２．２チャネルの入力信号が行列変換され、例えば、基本信号および補助信号の２つのチャネルを含む伝送信号に変換される。ここで、基本信号とは、２２．２チャネル音響信号の主要な空間情報を表す８〜１０チャネルの信号であり、補助信号とは、基本信号を補完して元の２２．２チャネル音響信号を復元するための信号である。
【０００４】
次に、送信ブロックにおいては、基本信号および補助信号のＡＡＣ符号化がそれぞれ独立に行われる。ここで、ＡＡＣ符号化では、各伝送信号を周波数分析した後、顕著な周波数成分の検出を行い、この成分によって聞き取れなくなる（マスクされる）周波数成分の上限を表すマスキング曲線を算出し、マスキング曲線以下の周波数成分に対するビット割当てを削減するとともに、マスキング曲線以下に収まる量子化雑音を許容したビット割当てが行われる。
【０００５】
送信ブロックから受信ブロックにＡＡＣ符号化された伝送信号が伝送されると、受信ブロックでは、基本信号および補助信号がそれぞれ独立にＡＡＣ復号が行われ、逆行列変換により２２．２チャネル音響信号が復元される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Marina Bosi, Richard E. Goldberg, "Introduction to Digital Audio Coding and Standards" Springer, 2002-12-31
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、従来のＡＡＣ符号化では、２２．２チャネル音響の入力信号をよりチャネル数の少ない伝送信号にダウンミックスして伝送する場合のように、行列変換を伴う信号の符号化に対する処理が検討されていない。
【０００８】
例えば、図２に示す従来のＡＡＣ符号化では、送信ブロックにおいて、行列変換後の伝送信号の各チャネル（基本信号および補助信号）が独立して処理される。即ち、複数の多チャネル音響信号が行列変換により混在している伝送信号に対して、行列変換後のチャネル毎に、個別にマスキング曲線に基づくビット割当て処理が行われることになる。このため、行列変換後のチャネルによっては、特定の成分が残されたり削除されたりする現象が起こり、結果として、逆行列変換後に、元の多チャネル音響信号の成分を復元できなかったり、あるいは、相殺すべき成分がなくなったため雑音が発生するということが起こっていた。
【０００９】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、多チャネル音響方式の入力信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に、入力信号の各チャネルの特性に合わせたビット割当てを行うことが可能な、多チャネル音響符号化装置およびそのプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る多チャネル音響符号化装置は、多チャネル音響方式の入力信号を行列変換により複数のチャネルの伝送信号に変換する行列変換部と、前記伝送信号のチャネル毎に、前記伝送信号に対するビット割当てを行う符号化部と、を備える多チャネル音響符号化装置であって、前記多チャネル音響方式のチャネル毎に前記入力信号の聴覚モデルを計算する計算部と、前記各聴覚モデルから変換後聴覚モデルを生成する変換部と、を備え、前記符号化部は、前記変換後聴覚モデルに基づき、前記伝送信号に対するビット割当てを行う、ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記変換部は、前記行列変換部が用いる変換行列の変換係数に応じて、前記各聴覚モデルから前記変換後聴覚モデルを生成する、ことが好ましい。
【００１２】
また、前記符号化部は、ＡＡＣ符号化を行うものであって、前記変換後聴覚モデルに基づくスケールファクタにより、前記伝送信号に対するビット割当てを行う、ことが好ましい。
【００１３】
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【００１４】
例えば、本発明をプログラムとして実現した発明は、コンピュータに、多チャネル音響方式の入力信号を行列変換により複数のチャネルの伝送信号に変換する手順と、前記多チャネル音響方式のチャネル毎に前記入力信号の聴覚モデルを計算する手順と、前記各聴覚モデルから変換後聴覚モデルを生成する手順と、前記変換後聴覚モデルに基づき、前記伝送信号に対するビット割当てを行う手順と、を実行させるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による多チャネル音響符号化装置およびそのプログラムによれば、多チャネル音響方式の入力信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に、入力信号の各チャネルの特性に合わせたビット割当てを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る多チャネル音響符号化装置の機能ブロックを示す図である。
【図２】多チャネルの入力信号を行列変換により２チャネルの伝送信号に変換してＡＡＣ伝送する処理の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。ここで、以下の説明においては、多チャネル音響方式として、スーパーハイビジョン用の音響方式である２２．２チャネル音響を例に説明を行うが、本発明は２２．２チャネル音響のみに限定されるものではない点に留意されたい。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る多チャネル音響符号化装置１の機能ブロック図である。多チャネル音響符号化装置１は、音響信号入力部１０と、行列変換部２０と、マスキング曲線計算部３０と、マスキング曲線変換部４０と、符号化部５０と、伝送部６０とを備える。
【００１９】
ここで、多チャネル音響符号化装置１として機能させるために、コンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、多チャネル音響符号化装置１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部（図示せず）に格納しておき、当該コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）によってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
【００２０】
音響信号入力部１０は、入力される２２．２チャネル音響信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル形式の音響信号を、入力信号として行列変換部２０およびマスキング曲線計算部３０に出力する。
【００２１】
行列変換部２０は、２２．２チャネル音響信号である入力信号を行列変換によってよりチャネル数の少ない伝送信号にダウンミックスする。行列変換部２０は、行列変換後の伝送信号を符号化部５０に出力する。また、行列変換部２０は、行列変換に用いた変換行列（変換係数）の情報を、マスキング曲線変換部４０に出力する。
【００２２】
マスキング曲線計算部３０は、２２．２チャネル信号のチャネル毎に、入力信号の聴覚モデルを計算する。ここで、各チャネルの聴覚モデルとは、「エネルギーの大きな信号の近傍周波数帯域では比較的小さいエネルギーを有する音は聞き取ることができない」という聴覚特性に基づくマスキング曲線や、「周波数毎に聞き取ることのできないエネルギーの音がある」という聴覚特性に基づく最小可聴曲線などに基づいて計算されるものである。なお、マスキング曲線や最小可聴曲線の計算は当業者にとって公知であるため、本稿において詳述は行わない。これ以降、説明の便宜上、聴覚モデルとしてマスキング曲線を用いる場合を例に説明を行うが、本発明はこれに限定されない。マスキング曲線計算部３０は、計算した各チャネルの聴覚モデル（マスキング曲線）をマスキング曲線変換部４０に供給する。
【００２３】
マスキング曲線変換部４０は、マスキング曲線計算部３０が計算した各チャネルの聴覚モデル（マスキング曲線）を合成し、変換後聴覚モデル（合成マスキング曲線）を生成する。
【００２４】
例えば、マスキング曲線変換部４０は、式１のように、各チャネルのマスキング曲線の最小値を選択し、合成マスキング曲線を生成することができる。ここで、Ｇは各チャネルの伝送信号に対する合成マスキング曲線を表し、Ｆｊは、チャネル番号ｊの入力信号のマスキング曲線を表す。例えば、マスキング曲線変換部４０は、量子化のスケールファクタに関するサブバンド毎に各チャネルのマスキング曲線の最小値を選択し、合成マスキング曲線を生成することができる。なお、この場合、合成マスキング曲線Ｇは、伝送信号の各チャネルに対して共通となる。合成マスキング曲線として、各チャネルのマスキング曲線の最小値を合成すると、量子化の粒度が最も細かくなるため、量子化精度は向上するが、量子化効率は低下する。
【００２５】
【数１】
2013050658.tif 000003
【００２６】
また、マスキング曲線変換部４０は、式２のように、各チャネルのマスキング曲線の最大値を選択し、合成マスキング曲線を生成することができる。例えば、マスキング曲線変換部４０は、量子化のスケールファクタに関するサブバンド毎に各チャネルのマスキング曲線の最大値を選択し、合成マスキング曲線を生成することができる。なお、この場合も、合成マスキング曲線Ｇは、伝送信号の各チャネルに対して共通となる。合成マスキング曲線として、各チャネルのマスキング曲線の最大値を合成すると、量子化の粒度が最も荒くなるため、量子化精度は低下するが、量子化効率は向上する。
【００２７】
【数２】
2013050658.tif 000004
【００２８】
さらに、マスキング曲線変換部４０は、式３のように、行列変換部２０が用いた変換行列の変換係数に基づき各チャネルのマスキング曲線を合成することができる。式３において、Ｇｉは、チャネル番号ｉの伝送信号に対する合成マスキング曲線を表し、Ｗｉｊは、チャネル番号ｉの伝送信号に対するチャネル番号ｊの入力信号の重み（変換係数）を表す。この場合、合成マスキング曲線Ｇは、伝送信号のチャネル毎に異なる曲線となる。合成マスキング曲線として、伝送信号に対する入力信号の重みを考慮してマスキング曲線を合成すると、行列変換に応じた量子化精度を維持しながら、伝送信号の各チャネルにあった量子化を行うことが可能となる。
【００２９】
【数３】
2013050658.tif 000005
【００３０】
合成マスキング曲線の生成は式（１）〜（３）に限定されず、例えば、マスキング曲線変換部４０は、各チャネルのマスキング曲線の平均値などを合成マスキング曲線として生成することができる。マスキング曲線変換部４０は、生成した合成マスキング曲線を符号化部５０に出力する。
【００３１】
符号化部５０は、マスキング曲線変換部４０から入力された合成マスキング曲線を用いて、伝送信号のチャネル毎に伝送信号へのビット割当てを行う。即ち、符号化部５０は、行列変換後の伝送信号ではなく、行列変化前の入力信号から求めた合成マスキング曲線に基づき伝送信号へのビット割当てを行うことができる。例えば、符号化部５０はＡＡＣ符号化を行うものであって、合成マスキング曲線（変換後聴覚モデル）に基づくスケールファクタにより、伝送信号に対するビット割当てを行うことができる。符号化部５０は、符号化した伝送信号を伝送部６０に出力する。
【００３２】
伝送部６０は、符号化部５０により符号化された伝送信号を受信側に送信する。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、マスキング曲線計算部３０は、入力信号のチャネル毎に入力信号の聴覚モデル（マスキング曲線）を計算し、マスキング曲線変換部４０は、各聴覚モデルから変換後聴覚モデル（合成マスキング曲線）を生成し、符号化部５０は、変換後聴覚モデル（合成マスキング曲線）に基づき、伝送信号に対するビット割当てを行う。これにより、多チャネル音響方式の入力信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に、入力信号の各チャネルの特性に合わせたビット割当てを行うことが可能となる。例えば、入力信号の各チャネルのマスキング曲線の最小値や最大値から、伝送信号の各チャネルに共通の合成マスキング曲線を生成してビット割当てを行うことにより、量子化精度や量子化効率を要求に応じて調整することが可能となる。このため、量子化精度を高めた場合などは、従来問題となった逆行列変換による信号の消失や雑音の発生を低減させることができる。特に、例えば、２２．２チャネル音響信号を、主要な空間情報を表す８〜１０チャネルの基本信号と、元の信号を復元するための補助信号に分離して伝送し、主要な空間情報に対しては高いビットレートを割当て、補助信号に対してはビットレートを抑制するような場合に対しても、量子化雑音の少ない符号化・伝送が可能となる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、マスキング曲線変換部４０は、行列変換部２０が用いる変換行列の変換係数に応じて、各聴覚モデル（マスキング曲線）から変換後聴覚モデル（合成マスキング曲線）を生成する。これにより、行列変換に応じた量子化精度を維持しながら、伝送信号の各チャネルにあった量子化を行うことが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、符号化部５０は、ＡＡＣ符号化を行うものであって、変換後聴覚モデル（合成マスキング曲線）に基づくスケールファクタにより、伝送信号に対するビット割当てを行う。これにより、例えば、スーパーハイビジョン用の２２．２チャネル音響信号を、２チャネルステレオ信号や５．１チャネル信号として伝送する場合においても、高品質かつ１／１０程度のビットレートで符号化・伝送することが可能となる。
【００３６】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、多チャネル音響方式の入力信号を２２．２チャネル音響、行列変換後の伝送信号を２チャネルステレオ信号として説明を行ったが、本発明は、他の５．１チャネル音響、７．１チャネル音響など任意の多チャネル音響方式であって、符号化伝送に関し信号の行列変換を伴う処理全般に適応可能なことは言うまでもない。また、行列変換などの線形処理を伴う信号として、アンビソニックス等に対しても適用可能である。
【００３８】
また、上記実施形態では、符号化方式としてＡＡＣを例に説明をしたが、本発明におけるＡＡＣ符号化とは、ＭＰＥＧ２−ＡＡＣ、ＭＰＥＧ４−ＡＡＣ、ＨＥ−ＡＡＣなど、ＡＡＣに関するあらゆるバージョンを含むものである。また、本発明が対応可能な符号化方式はＡＡＣに限定されず、人間の聴覚特性に基づいて高品質に符号化する方式であれば、任意の符号化方式に対応可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、多チャネル音響方式の入力信号を行列変換した伝送信号を符号化する際に、入力信号の各チャネルの特性に合わせたビット割当てを行うことが可能となるという有用性がある。
【符号の説明】
【００４０】
１  多チャネル音響符号化装置
１０  音響信号入力部
２０  行列変換部
３０  マスキング曲線計算部（計算部）
４０  マスキング曲線変換部（変換部）
５０  符号化部
６０  伝送部
【図１】
2013050658.tif 000006
【図２】
2013050658.tif 000007